专利名称：一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法
技术领域：
本发明涉及钢框架结构节点多尺度有限元分析方法，尤其是一种钢框架结构节点有限元模型建模方法。
背景技术：
目前钢框架结构的节点承载力分析通常是截取与节点相连杆件，引入位移边界与力的边界，板件采用二维板壳单元模拟，这种从整体模型中截取出局部构件进行分析，难以准确确定其边界条件，而多尺度有限元模型建模分析可有效解决该问题。
发明内容
为了克服已有钢框架结构节点有限元模型建模方法的无法兼顾计算精度和计算代价的不足，本发明提供一种既能保证计算精度又能最大限度降低计算代价的钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，所述方法包括以下步骤I)、利用有限元分析软件采取一维梁单元建立钢框架结构计算模型，基于结构构件截面形式异形程度或者节点构造措施复杂情况考虑，选取关键梁柱节点，截取汇交于关键梁柱节点处的梁单元，所截取的梁单元轴向长度取(5 8)倍构件截面高度或直径将截取的这部分梁单元删除，采取上述有限元软件提供的二维板壳单元模拟此删除部分的梁柱构件的板件及节点域的加劲肋；2)、梁单元与板壳单元的连接通过f禹合接触面内所有节点的6向自由度实现；引入局部坐标系xoy，以一维梁单元的端点为原点，X轴平行于一维梁单元的轴线方向，y轴垂直于梁轴线，右手螺旋法则确定z轴，则在局部坐标系下，平截面原则定义为对于任意精细模型在界面上的点满足xAi=0, i = 1,2,3, · · · , η式中xAi为精细模型上的Ai点在局部坐标系中的X轴的坐标；界面两侧模型的结点局部坐标系需满足以下关系= X
r=l
ηΖΒ = X
z = l式中yB和zB分别为一维梁单元的端点在局部坐标系中y轴和z轴坐标，yAi和Zki分别为精细模型上的Ai点在局部坐标系中的I轴和z轴坐标，a i为Ai点对一维梁单元的端点纵坐标的平动影响系数,其物理意义表示该结点
代表区域的平动刚度与截面上所有结点总平动刚度的比值，且满足; =1 ;
=1由于二维板壳单元存在面外的转角自由度，而一维梁单元结点存在3个空间转动自由度，不同尺度模型间3向转动自由度的耦合传递关系按照如下公式建立
权利要求
1.一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 1)、利用有限元分析软件采取一维梁单元建立钢框架结构计算模型，基于结构构件截面形式异形程度或者节点构造措施复杂情况考虑，选取关键梁柱节点，截取汇交于关键梁柱节点处的梁单元，所截取的梁单元轴向长度取(5 8)倍构件截面高度或直径将截取的这部分梁单元删除，采取上述有限元软件提供的二维板壳单元模拟此删除部分的梁柱构件的板件及节点域的加劲肋； 2)、梁单元与板壳单元的连接通过耦合接触面内所有节点的6向自由度实现； 引入局部坐标系xoy，以一维梁单元的端点为原点，χ轴平行于一维梁单元的轴线方向，y轴垂直于梁轴线，右手螺旋法则确定z轴，则在局部坐标系下，平截面原则定义为对于任意精细模型在界面上的点满足 xAi=0, i = I, 2, 3, · · · , η 式中xAi为精细模型上的Ai点在局部坐标系中的χ轴的坐标； 界面两侧模型的结点局部坐标系需满足以下关系
2.如权利要求I所述的钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，其特征在于所述步骤3)中，网格划分方法用于空间自由曲面和复杂实体，采用三角形、四边形、四面体进行划分。
3.如权利要求I或2所述的钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，其特征在于所述建模方法还包括以下步骤 4)、分析计算结果以Von Mises屈服应力考察节点受力性能，计算公式如下 -σ3Υ(σι -a2f(a2 -a3f < f 式中0ι、σ2> O3——杆件内任何一点的三个主应力，从钢框架结构节点多尺度有限元模型中提取； f——钢材的屈服应力。
全文摘要
一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，包括以下步骤1)利用有限元分析软件采取一维梁单元建立钢框架结构计算模型，选取关键梁柱节点，截取汇交于关键梁柱节点处的梁单元；2)梁单元与板壳单元的连接通过耦合接触面内所有节点的6向自由度实现；3)采用有限元软件自由网格划分，通过网格数量、边长及曲率来控制网格的质量，网格尺寸大小根据板件尺寸情况设定为(5~10)mm，二维板壳单元上的荷载以节点集中荷载形式施加，得到钢框架结构节点多尺度有限元模型。本发明既能保证计算精度又能最大限度降低计算代价。
文档编号G06F17/50GK102819632SQ20121026176
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者朱寻焱, 杨律磊, 路江龙, 谈丽华 申请人:苏州工业园区设计研究院股份有限公司